高中物理电学实验中的电路设计探析

王恺铭

摘 要：作为高中生，在学习物理学科知识的过程中，特别是电学实验的内容，很容易产生疑问，难以领悟其中的学习技巧。而电学实验设计在高考中所占比重也始终较大，所以，需要提高对于电学实验电路设计内容学习的重视程度。只有掌握电学实验电路设计的方法才能够更好地理解物理电学实验，加深理解。

关键词：高中物理 电学实验 电路设计 探析

一、处理高中物理电学实验电路设计问题的原则

在学习高中物理电学实验的过程中，特别是电路设计问题，根据实际的学习过程，可以总结出电路设计问题的具体处理原则，如下：

1.明确实验主要目的

在开展电学实验电路设计方面的实验时，最重要的就是要确定出实验中所要测定的物理量，同时，深入了解物理规律，而这就是开展物理电学实验的目的[1]。在对实验目的进行确定以后，需要与既有物理知识进行结合，思考将要测定的物理量或者是物理规律是否与已经掌握的物理规律和现象存在关联，是否是通过物理规律与现象，或者是定量所展现出来的。[1]

2.制定电路设计方案

在对物理实验的电路进行设计时，应当站在多个角度思考方案设计的方法，并且考虑怎样才能够采用最佳设计方案。对实验设计方案进行选择的时候，一定要保证满足三个条件：第一，应当确保所选择的设计方案在实际操作的时候是安全和可靠的，而且所需要的实验器材应当比较容易获取；第二，在选择的时候，应当全面分析设计方案的误差，最终选择出精准度较大的一种，保证可以进行多次测量；第三，在选择实验设计方案的过程中，还应当保证所选择的方案在物理原理或者是实际操作方面相对简单，而且物理量的测定比较容易。[2]

3.实验器材和设计原理图的选择

当选择电路实验设计方案以后，应当考虑其他方面的问题，对于实验方案中所需要采用的测量工具或者是装置进行考虑[2]。同时，对于所测定的物理量以及定量关联都应当进行全面考量，应通过什么仪器测定也是思考的重点。除此之外，在對上述问题进行考虑的同时，应当确定出具体的实验器材，进而根据所需测量的物理量与实验器材来对电路原理图进行设计，只有这样才能够保证设计的更加合理。[3]

二、高中物理电学实验电路设计的方法研究

在开展物理电学实验的过程中，对于电路设计的方法也是学习的重点，只有对设计方法予以全面掌握才能够保证更深入地理解电路知识，进而提升自身的物理学习能力与水平。以下通过两个典型的案例，阐述了电路设计的一般方法：

例题1：实验的器材包括电压表、电流表、电源与滑动变阻器[3]。其中，电压表内阻是3KΩ，而量程是3V。电流表量程为1mA，电源的电动势是3V，且滑动变阻器的最大阻值为20Ω。问题：对上述实验器材进行合理利用来设计出电路图，保证可以准确地测量出电压表内阻。

详细分析：任何电路的组成部分都是测量电路和电源电路。对于该问题来讲，如何获得电源电路是需要考虑的问题。而在测量电路的时候，被测的对象就是电压表，所以，一定要在测定电路中连接好电压表，进而对电压表内阻电压予以直观观察，这样就不需要进行相对复杂的分析。那么，如何对流过电压表的电流进行测量也是实验的重点。

解析：第一，可以使用滑动变压器分压式的接法，将其当作电源电路，如图一所示：

第二，因为被测定的对象是电压表，所以，可以与测量电路相连接，如图二所示：

第三，应当在测量电路中将电流表串联，进而获得最终的电路图，如图三所示：

第四，对于上述所设计的电路图，应当研究并分析其可行性。当电压表的指针是满偏的时候，可以计算出流过电流的数值。简单地说，当电流表指针也是满偏的时候，可以说明上述的电路设计可以正常地运行。

例题2：若测量某一电源电动势E和内阻r，而所提供的实验器材包括滑动变阻器、电压表、电流表、固定电阻、电键与若干导线。问题：绘制出电路图，并且确保实验的结果是准确的；在实验过程中，如果电流表的读数是，而电压表的读数是，同时，电流表读数为，电压表读数为，则请计算出电源电动势和内阻值。

详细分析：要想准确地测量出电源电动势与内阻，就应当深入了解最基本的电路图。根据上述题目所给的条件，其中，可以使用的实验器材是滑动变阻器、电压表和电流表，但是，同样还提供了定值电阻。所以，可以想到研究该定值电阻，并且对合理性进行验证。

解析：通过绘制电源内阻和电动势的测量电路图，可以深入地分析定元件参量。由此可以发现，电压表的量程与具体规定是不吻合的，可以使用定值电阻来对电路图进行改善。与此同时，如果把电压表和定值电阻相互串联，是否具有可行性，如果把电流表和定值电阻相互串联，是否具有可行性，这些都是在电路设计中需要考虑到的问题。通过详细地考虑与分析以后，最终绘制出最佳的电路图。

在此基础上，在学习电路设计的时候，还可以借助于多媒体手段与资源，这种学习方式能够在学习的过程中使我们更集中。其中，可以通过PPT的方式，将电路的设计方法展示出来，进而能够更加直观地了解电学实验的内容。同时，还可以在课余时间自己搜索与电学实验相关的物理实验视频，通过视频播放的方式，将实验步骤呈现在眼前，而且可以反复观看，进而更深入地掌握实验的具体步骤。

另外，也可以通过仿真软件创设实验室，进而在虚拟实验室当中进行连接实验，不会发生危险，也不会破坏实验仪器。这种软件学习平台对于我们学生来说是一种全新的学习方式，使自身的学习兴趣不断提高，更深入地掌握电路设计的技巧。

结语

综上所述，在学习高中物理电学实验的过程中，应当重视电路设计的问题，特别是在设计的过程中，一定要遵循基本原则，对实验主要目的以及设计方案进行确定，同时，需要合理地选择使用实验器材，正确设计出电路原理图。另外，还应当对既有的物理知识进行灵活的运用才能够更好地理解物理知识。以上通过对电路设计原则的研究与分析，以两个典型电路设计例题为重点，阐述了如何正确设计电路的方法，希望能够通过我的学习经验为其他学习物理电学实验的学生提供宝贵的意见。

参考文献

[1]吴敏.例谈如何进行电学实验的电路设计[J].物理教师：高中版，2011（11）：38-38，40.

[2]杜治国.电学实验中的电路设计[J].中国教育技术装备，2012（19）：130-131.

[3]王心应.高中物理电学实验中的电路设计分析[J].中学生数理化（教与学），2015（4）：89-89.